近年來,伴隨全球能源轉型加速,我國電力結構正在快速邁向清潔化。 一方面,我國新能源裝機規模持續攀升。截至2024年12月底,我國風電太陽能發電裝機首次超過14億千瓦。其中,太陽能發電裝機容量約8.9億千瓦,同比增長45.2%;風電裝機容量約5.2億千瓦,同比增長18.0%。 另一方面,我國新能源保持著高比例消納的良好態勢。2024年,我國風電太陽能發電量合計達1.83萬億千瓦時,同比增長27%,風光發電利用率保持在95%以上,發電量不斷增加,占比穩步提高。 新能源發展是大勢所趨,隨著新能源的大規模接入和廣泛分布,電網的運行環境發生了顯著變化,不同區域的電網逐步顯現從強到弱的電網特征,這也為保障電網安全穩定運行帶來了新的課題。 我國電力系統經過多年的堅強電網建設,當前整體呈現強電網特征。金風零碳智慧儲能事業部副總工程師喬元介紹,跟網型技術憑借其成熟的控制策略,能夠實現新能源機組依據電網頻率、電壓等參數快速調整出力,保障基本的并網運行穩定性,使得新能源電力有序注入電網,與傳統能源協同供電,滿足當下的用電需求。 “當部分地區新能源接入比例接近 30% - 40% 區間時,電網將開始呈現出弱電網特征。”喬元說,“屆時跟網型技術的短版將凸顯,電力電量平衡難度飆升,電壓、頻率調節復雜度提高,系統轉動慣量降低,抗擾動能力減弱。” 相比之下,構網型儲能技術作為電壓源,能夠自主設定電壓參數,輸出穩定的電壓與頻率,既可并網也可離網運行,為電力供應提供了更多的靈活性和自主性。從而更好地應對超高比例的新能源接入帶來的挑戰,有效增強電網的穩定性和可靠性。因此,構網型技術成為儲能企業角逐市場的核心發力點。 新型電力系統下的新問題與新機遇 目前,我國正從傳統以同步發電機為主體的電力系統,向高比例新能源、高比例電力電子裝備的“雙高”新型電力系統轉變。 相比于同步發電機主導的傳統電力系統,“雙高”電力系統低慣量、低阻尼、弱電壓支撐等特征明顯,且我國電網呈現交直流送受端強耦合、電壓層級復雜的電網形態,送受端電網之間、高低壓層級電網之間協調難度大,故障后易引發連鎖反應。 具體來看,青海、新疆、西藏等西北地區局部電網,以及依托沙漠、戈壁、荒漠建設的新能源大基地送端,新能源接入比例高,網架薄弱加之缺乏常規電源支撐。高比例的間歇性可再生能源并網給電網的穩定性、電力平衡和備用支撐帶來挑戰。 研究表明,隨著電力電子設備滲透率上升,電網短路比下降,系統可靠性也隨之下降,需要部署各類電網支撐性設備。如果延續當前跟網型技術路線下,當電力電子設備滲透率達到 50%,系統短路比降至2.5左右就將面臨穩定性問題,即便部署同步調相機等設備,滲透率和短路比極限也只能提升至75%和1.5左右,難以有效應對高滲透率電力電子設備帶來的挑戰。 以澳大利亞為例,該國地域遼闊,能源資源分布不均,許多可再生能源發電設施距離負荷中心較遠,需要長距離輸電,為實現可再生能源高滲透率下電力供給的安全穩定,提出大力發展構網型技術。 構網型儲能技術通過模擬同步發電機特性、優化電網潮流分布、改善故障穿越能力和提供阻尼特性等多種手段,從不同方面增強電網的穩定性,解決短路比低的問題。其不僅能高效充放電,還能起到電網“穩壓器”作用,有效提升新能源消納能力,為電網的安全穩定運行提供保障。構網型儲能系統進一步穩固了電網電壓波形和高電能質量,同時減輕了區域間或局部電網波動。 隨著構網型儲能需求日益凸顯,國家部門不斷出臺政策鼓勵發展構網型儲能。 2023年10月,國家能源局發布《關于組織開展可再生能源發展試點示范的通知》,計劃到2025年組織實施一批示范項目,其中包括新能源加儲能構網型技術示范,主要支持構網型風電、構網型光伏發電、構網型儲能、新能源低頻組網送出等技術研發與工程示范。 2024年8月,國家發展改革委、國家能源局、國家數據局三部門共同發布《加快構建新型電力系統行動方案(2024—2027年)》,明確提出推進構網型技術應用,根據高比例新能源電力系統運行需要,選擇典型場景應用構網型控制技術,具備主動支撐電網電壓、頻率、功角穩定能力,以保障電力系統穩定運行。 地方政策方面,包括西藏、新疆、內蒙古、福建等在內的省市自治區均出臺了相應的政策,支持構網型儲能發展并制定相應裝機目標。 風電老兵洞察構網型儲能新未來 在全國層面指導性政策定調與地方裝機目標加持下,自2023年下半年以來行業招標進度顯著加速,據不完全統計,截至2024年6月,國內已經完成2.3GW/7.6GWh構網型儲能項目招標。 構網型儲能市場需求漸起,企業紛紛布局。2024年,構網型儲能產品及方案“百花齊放”,南瑞繼保、華為、金風零碳、陽光電源、遠景儲能等多家企業都在構網型儲能技術方面取得了顯著的進展,并成功落地了構網型儲能項目。 喬元表示,電力電子設備相比傳統發電機有其獨特的優勢,即能夠依靠算法靈活調節參數,實現故障穿越不停機,增強電網韌性。當前,各儲能企業積極嘗試,成為了推動整個儲能行業健康發展的關鍵力量。 以應用金風零碳自主研發構網型儲能系統的新疆達坂城構網型儲能項目為例,該項目不僅滿足新疆高低溫、高風沙環境;還能為系統提供慣量和短路容量,具備300%額定電流10秒短時過載,為電網提供了持續且可靠的支撐。 新疆達坂城構網型儲能項目 此外,在2024年7月,金風完成了全國首個構網型風儲場站220kV黑啟動及微網人工短路實驗。在完全沒有火電支撐的前提下,通過構網型技術及裝備實現了新能源獨立成網,對運用構網型技術解決弱電網環境下的新能源接入問題具有積極的示范作用。 事實上,金風作為長期深耕電力電子技術領域的“老兵”,不論是并網技術積累、行業認知還是市場積累,都足以助其在構網型儲能領域快速建立起技術優勢。其次,在風電和儲能領域的同步布局形成互補,通過不同手段同時解決問題,為行業提供更優技術方案。 目前,在構網能力上,金風儲能單機構網技術通過中國電科院12個構網大工況,共150多項小工況的測試。 喬元表示,面對未來新型電力系統的各種挑戰,構網型技術是重要的應對手段。但業內暫沒有對“構網型儲能”的內涵做出明確定義,具體性能指標也未形成統一標準。這就要求企業必須做好內功,結合市場需求深入實踐,并以完備的技術產品迎接挑戰。有一些關鍵點值得關注。 一是響應速度。電網工況多變,強弱網交替頻繁,構網技術算法響應速度至關重要。構網技術能否實現強弱電網自適應,或成為企業技術突破的關鍵。 二是算法精度。當構網技術存在缺陷,在故障電壓條件下可能會產生超調風險,一旦觸發,甚至會擴大故障范圍。與之相比,調節“絲滑”,即平穩精準連續調節輸出,保障電能質量,才是儲能系統立足復雜電網的關鍵。 “未來,還需出臺國家或行業的統一標準,以此為行業發展指明方向,規范市場競爭,促進整個行業的健康、有序發展。”他強調。 |
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